DE2642335C2

DE2642335C2 - Vorrichtung zum kontinuierlichen dielektrischen Erwärmen mittels Mikrowellenenergie

Info

Publication number: DE2642335C2
Application number: DE2642335A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl.- Ing. 3000 Hannover Naumann; Otto Dipl.-Ing. Dr. 3003 Ronnenberg Stenzel
Original assignee: INGENIEURBUERO HERMANN PURFUERST KG 3004 ISERNHAGEN
Current assignee: INGENIEURBUERO HERMANN PURFUERST KG 3004 ISERNHAGEN
Priority date: 1976-09-21
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1978-12-21
Also published as: GB1583462A; FR2365269A1; DE2642335B1; SE424131B; SE7710547L; FR2365269B1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Behandlungsraum, insbesondere mit einem als MikrowellenhohUeiterkanal ausgebildeten Behandlungsraum, zum kontinuierlichen dielektrischen Erwärmen von strangförmigem Material, insbesondere aus Kunststoff oder Kautschuk, mittels Mikrowellenenergie, wobei mindestens ein Abstimmelement in die als Hohlleiterkanal ausgebildet Energiezuleitung vom Mikrowellengenerator zum Behandlungsraum hineinragend an-

30 rungsbohrung bzw. zwischen Abstimmschraube und Gewinde bewirken Lichtbogenentladung«!, die zu Erosion und damit zur allmählichen Zerstörung der Kontaktstelle von Abstimmelement und Hohlleiterwand führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art derart auszubildea daß eine gute Anpassung zwischen Mikrowellengenerator und Last ohne Gefahr von Oberschlägen und Lichtbögen im Spalt zwischen dem Abstimmelement und seiner Führung in der W -nd der Energiezuleitung ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bohrung auf einer Länge von λ/4 von der Hohlleiterinnenwandebene einen Isolationsspalt mit dem Abstimmelement bildet, daß die Bohrung im Abstand von A/4 von der Hohlleiterinnenwandebene eine Querschnittserweiterung von einer Länge von A/4 aufweist, der sich wieder eine Querschnittsverengung anschließt.

Der notwendige elektrische Kontakt zwischen Abstimmelement und Hohlleiterwandebene wird durch Leitungstransformation hergestellt DieQuerFchnittsänderungen der Bohrung wirken über die Leitungstransfonnationslängen wie ein elektrischer Kurzschluß zwischen Abstimmelement und Hohlleiterwand in der Hohlleiterwandebene.

Durch die Bohrungsquerschnittsaufweitung nach dem ersten A/4-Abschniti ist die Energieaichte in dem querschnittsmäßig vergrößerten Abschnitt sehr viel kleiner als in dem Bereich des A/4-Iangen Isolationsspaltes, so daß an der Querschnittsverengung nach dem zweiten A/4-Abi.chiiitt eine erheblich geringere Strombelastung auftritt als in der Hohlleiterwandebene. Das

geordnet und in einer Boh.üng in Jer Kohüeiterwand " Kontaktprob'ern an der kanalfernen Querschriiiisveren-

verschiebbar geführt ist

Der Mikrowellengenerator, die Enofgiezuleitung, der Behandlungsraum und die Last besitzen bei Mikrowellensystemen meist verschiedene Wellenwiderstand^ Wenn die Wellenwiderstände des Mikrowellengenerators, der Energiezuleitung und des Behandlungsraumes einerseits und der Wellenwiderstand der Last andererseits verschieden sind, muß zwischen beide ein Transformationsglied geschaltet werden, das die Aufgabe hat, den Wellenwiderstand der Last an den Wellenwiderstand des Generators mit der Energiezuleitung und dem Behandlungsraum anzupassen. Eine optimale Energieausnutzung ist nur dann gewährleistet, wenn die gesamte im Mikrowellengenerator erzeugte Energie in der Last in Wärme umgesetzt wird. Das bedeutet daß keine Reflexionen an der Last entstehen dürfen.

Um für eine reflexionsarme Anpassung der Last zu sorgen, wäre es möglich, ein oder mehrere Abstimmelemente, z. B. Stifte oder Schrauben, in die als Hohlleiterkanal ausgebildete Energiezuleitung für die Mikrowellenenergie verschiebbar hineinragend anzuordnen. Mit diesen Abstimmelementen, die als Anpassungstransfcrmator wirken, ist es theoretisch möglich, jede beliebige Lastimpedanz an jede beliebige Generatorimpedanz &o anzupassen.

Bei sehr großen Unterschieden der Wellenwiderstände von Mikrowellengenerator und Last treten zwischen Anpassungstransformator und Last hohe Blindleistungen auf den Leitungen auf, die ein Mehrfaches der μ Wirkleistung erreichen können. Die als Folge der hohen Blindleistungen auftretenden überhöhten Feldstärkewerte im Spalt zwischen Abstimmstift und Stiftfühgung ist daher nicht so gravierend.

Das Abstimmelement ist in dem ersten A/4-Bereich isoliert in der Bohrung angeordnet Diese Isolation kann im einfachsten Fall durch einen engen Luftspalt erreicht werden. Zusätzlich kann das Abstimmelement und/oder die Bohrung mit einem isolierenden Überzug versehen werden.

Als wesentlicher Vorteil der Erfindung wird angesehen, daß eine Einstellung des Anpassungstransformators während des Betriebes der Mikrowellenanlage ermöglicht wird, ohne daß die schädlichen Lichtbogenentladungen und Überschläge in dem Spalt zwischen Abstimmelement und seiner Führung in der Hohlleiterwand der Energiezuleitung auftreten.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachstehend näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in schematischer Weise eine Mikrowellenanlage mit einem Behandlungsraum, der als Mikro-,vellenhohlleiterkanal ausgebildet ist;

F i g. 2 zeigt im vergrößerten Maßstab einen Ausschnitt aus der Fig. 1.

Ein von einem Extruder 3 extrudierter Kautschukstrang 4 wird mittels eines endlosen, von einem Motor 5 angetriebenen Förderbandes 6 kontinuierlich durch eine Einlaßöffnung 7 eines als MikrowellenhohUeiterkanal ausgebildeten Behandlungsraumes 8 von annähernd quadratischem Querschnitt geführt Nach Passieren der gesamten Länge des Behandlungsraumes 8 tritt der nun dielektrisch erwärmte Kautschukstrang 4 durch eine Auslaßöffnung 9 aus und wird weiteren Behandlungsstufen, z. B. einer konventionellen Heizvorrichtung, zugeführt.

Die Mikrowellenenergie wird an zwei Einkoppelstel-

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len 11 und 12 in den Behandlungsraum S eingebracht. unter Bildung eines engen Isolationsspaltes 23 in einem

Die erste Einkoppelstelle 11 für die Mikrowellenenergie Bereich von λ/4 von der Hohlleiterinnenwandebene 24

ist nach einem Viertel der Länge des Behandlungsrau- gesehen geringfügig größer als der Durchmesser eines

mes 8 angeordnet Em rechteckiger Hohlleiterkanal 13 durch die Mittelbohrung 22 der Buchse 17 verschiebbar

ist waagerecht an einer Kanalseite angebracht und ■> in die Energiezuleitung 14 hineinragenden Abstimmele-

bildet eine Energiezuleitung 13. Die zweite Einkoppel- mentes 25. Nach einem Viertel der freien Wellenlänge

stelle 12 für die Mikrowellenenergie ist nach V₄ der erweitert sich der Bohrungsquerschnitt der Buchse 17.

Länge des Behandlungsraumes 8 angeordnet Ein eine Diese Erweiterung 26 hat, in axialer Richtung der

Energiezuleitung 14 darstellender Hohlleiterkanal 14, Buchse 17 gesehen, ebenfalls eine Ausdehnung von A/4.

rechteckigen Querschnitts wie der erste Hohlleiterkanal n: Anschließend springt die Bohrung 22 wieder auf ihre

13, ist senkrecht auf der K.analoberseite angebracht und ursprüngliche Größe zurück.

verbindet einen Mikrowellengenerator 15 mit dem Eine hier nichi gezeigte Verstelleinrichtung greift

Inneren des Behandlungsraumes 8. Durch die um 90° über ein Lagerauge 27 an den Abstimmstift 25 an. um

gegeneinander verdrehte Einspeisung der Mikrowellen- eine Verstellmöglichkeit des Abstimmsiiftes 25 zu

energie werden zwei um 90° gedrehte Hio-Wellen is erreichen.

angeregt. Bei verschiedenen Stringpru? ... des zu Die Bohrungsquerschnittsaufweitung 26 der Buchsen -

erwärmenden Materialstranges 4 ist so ei., günstiger bohrung 22 nach dem ersten Λ/4-Abschnitt bewirkt eine

Energieabsorptionswinkel zwischen Protillippe und wesentlich verringerte Energiedichte in dem quer-

E-Feldlinie vorhanden. schnittsmäüig vergrößerten Abschnitt 26 der Buchsen-

An ds& die Energjezuleitün? " redenden Hohlleiter- 20 bohrung 22^An der kanalfe_rnen Querschnitts··. _rengung

jJcanaJ 14 ist ein Anpass; rgstnmsformator 16 ange- 1 28 tritt daheireine t rheblich gering^rezStrombeiastuiig

-bracht Der ATnpä^üligsifar^.örmafof 16" weist eine -auf als iu der- HohHeifeTinnenwangeBene—24,^:Die

: Buchse 17 auf, die in einer Bohrung: JSI der von einem Trkan^i'erne Querschnittsverengung /£ ibraucht daher

Ansatz Ϊ9 verstärkteh Wand^:21der EnergiezuJeltung 14 gegenüber denTAbTtimmstift^:25"nicht#;"iertzu: werden.

eingesetzt ist Die Mittelbohrung 22 der Büchse 17 ist 25

Hierzu 2 BlattZeichnunoen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung mit einem Behandlungsraum, insbesondere mit einem als MikrowellenhohUeiterkanal ausgebildeten Behandlungsraum, zum kontinuierlichen dielektrischen Erwärmen von strangförmigem Material insbesondere aus Kunststoff oder Kautschuk, mittels Mikrowellenenergie, wobei mindestens ein Abstimmelement in die als Hohüeiterkanal ausgebildete Energiezuleitung vom Mikrowellengenerator zum Behandlungsraum hineinragend angeordnet und in einer Bohrung in der Hohlleiterwand verschiebbar geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (22) auf einer Länge «on A/4 von der Hohlleiterinnenwandcbene (24) einen IsolationsspaJt (23) mit dem Abstimmelement (25) bildet, daß die Bohrung (22) im Abstand von A/4 von der Hohlleiterinnenwandebene (24) eine Querschnittserweiterung (26) von einer Länge von A/4 aufweist, der sich wieder eine Querschnittsverengung (28) anschließt